一種耦合三元催化器的燃料重整裝置的製作方法

2023-07-19 20:11:46

本發明涉及內燃機領域，具體的說，是涉及一種基於汽油機的耦合三元催化器的燃料重整裝置。

背景技術：

隨著汽車行業的發展，汽車保有量逐年提升，隨之而來也帶來一些問題，比如由汽車尾氣帶來的空氣汙染問題，汽車消耗大量石油資源帶來的石油資源逐漸短缺的問題。為了解決內燃機汽車帶來的問題，人們發現應用在燃料電池汽車上的燃料重整技術對解決內燃機汽車帶來的問題有一定的幫助，燃料重整技術在內燃機上的應用逐漸展開。

燃料重整，即把一種燃料通過催化裂解等各種方式轉變為小分子的燃料的過程。燃料重整最初的目的就是解決電動汽車儲氫難的問題，通過實時在線重整方便車載攜帶的燃料，產生氫氣供給燃料電池，這樣就解決了車載儲氫帶來的一系列問題。而把燃料重整技術應用在內燃機汽車上，一開始的目的也是為了產生氫氣，因為氫氣本身具有以下的燃燒特性：

(1).氫氣的稀燃極限僅為0.1，摻混少量的氫氣，可以拓展混合燃料的稀燃極限；

(2).火焰傳播速度快，促進燃料的燃燒，減少循環波動；

(3).擴散能力強，增強湍流，提高均一性；

(4).點火溫度低，改善冷啟動；

(5).粹熄距離短，火焰能到達氣缸壁的縫隙，提高燃燒效率，減少不完全燃燒產物；

(6).辛烷值高。

因此，傳統燃料摻混氫氣具有改善內燃機尾氣排放，提高發動機熱效率等一系列性能的優點，為了達到摻氫燃燒的目的，因此需要燃料重整，在線產氫。

在內燃機上燃料重整還有另外一個好處就是可以回收利用發動機尾氣排放的能量，提高燃料的熱值，在整體上提高發動機的熱效率，比如利用發動機尾氣能量把甲醇催化裂解重整為CO和H2，燃料熱值可以提高21％。提高發動機的熱效率，有利於降低汽車的碳排放水平，歐盟對汽車CO2的排放法規為到2020年，汽車尾氣CO2排放為95g/km。隨著對汽車CO2排放法規的更加嚴格，傳統節油方式越來越難以滿足碳排放法規的要求，需要採用新的技術手段來達到排放要求，汽車尾氣能量回收則是一個很好的選擇。全球絕大部分汽車是燃油內燃機汽車，發動機的排氣壓力大、溫度高，排氣溫度可達800℃左右。燃油在發動機中燃燒產生的能量並未全部轉化為動能，其中，25％～30％轉換為機械能，作為動力；33％～35％為尾氣損失；其他為冷卻液、機油損失和摩擦損失，從而造成了能源的大量浪費，由此可見，尾氣中含有大量的可以利用的能量。相比其它尾氣能量回收裝置，比如利用尾氣進行朗肯循環發電或者溫差發電，重整器具有結構簡單，價格便宜，容易實施的優點。汽車上另外一個利用汽車尾氣能量的裝置是三元催化器，利用尾氣熱量促進尾氣中有害氣體的相互淨化，目前的重整器都是與三元催化器獨立的，在汽車上額外增加重整器會佔用一定的空間，如果能把重整器和三元催化器耦合為一體，則會大大減小對汽車空間的佔用。而且目前已公布的重整器會存在燃料與催化劑接觸不均的問題，降低了催化重整的效果。

技術實現要素：

本發明的目的是為了克服現有技術中的不足，提供了一種耦合三元催化器的燃料重整裝置，該裝置了集合了汽油機尾氣淨化和燃料重整功能的裝置，改善發動機的汙染物的排放，回收利用汽車尾氣中的能量，提高發動機的整體熱效率，利於降低整車的CO2排放量，同時達到減小兩個功能裝置的所需佔用空間的效果，有利於汽車的小型化、輕量化。而且還帶有燃料分流裝置，可使燃料與催化劑接觸均勻，使催化劑得到充分利用。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種耦合三元催化器的燃料重整裝置，包括重整器，所述重整器由從前往後依次相連的前端蓋、前密封墊、重整器殼體、後密封墊和後端蓋構成，所述重整器殼體的前部和後部分別設有用於安裝進燃料管和出氣管的連接孔，所述重整器殼體的內部設有與所述進燃料管相連的燃料氣化裝置，所述燃料氣化裝置由帶有肋片的管構成，燃料氣化裝置連接有分流裝置，所述分流裝置由錐形的空腔和分流管構成，所述重整器殼體的內部還設有與重整器殼體的內壁相契合的催化裝置，所述催化裝置內設有載體管和三元催化劑載體，所述載體管的內壁塗覆有用於燃料重整的催化劑，所述載體管的一端與所述分流管相連，載體管的另一端連接有與所述出氣管相連的集氣管。

所述分流管、載體管和集氣管均相對應地設有至少四個。

所述分流管和集氣管上均設有用於定位的臺階。

所述前密封墊和後密封墊由石棉或銅構成。

所述三元催化劑載體由鈦合金構成。

與現有技術相比，本發明的技術方案所帶來的有益效果是：

1.本裝置中的燃料氣化裝置由帶有肋片的管構成，肋片具有強化傳熱的功能，可使燃料在進入分流裝置之前充分氣化。

2.分流裝置由錐形的空腔和分流管構成，錐面形狀的空腔可以減小對廢氣的阻力，而且錐形空腔可以儲存一部分氣化燃料，起到穩壓的作用，防止重裝時，空腔由於重整氣流量突變帶來的氣流運動不穩定，影響重整效果。

3.本發明中分流管、載體管和集氣管均相對應地設有四個，可使燃料氣體與催化劑充分接觸，提高催化劑的利用率。

4.裝置創造性的把三元催化器的作用與重整器的作用耦合到一起，減小對汽車空間的佔用，利於汽車的小型化。

5.分流管和集氣管上均有臺階，可以用來定位，便於安裝固定。

附圖說明

圖1是本發明的剖視結構示意圖。

圖2是本發明重整器的三維爆炸結構示意圖。

圖3是本發明重整器內所設置的裝置的三維爆炸結構示意圖。

圖4是催化器的3的斷面結構示意圖

圖5是燃料氣化裝置和分流裝置的連接狀態結構意圖。

圖6是集氣管和出氣管的連接狀態結構示意圖。

附圖標記：1-前端蓋 2-前密封墊 3-重整器殼體 4-後密封墊 5-後端蓋 6-進燃料管 7-燃料氣化裝置 8-分流裝置 9-催化裝置 10-載體管 11-集氣管 12-出氣管 13-臺階 14-三元催化劑載體

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作進一步的描述：

由圖1至圖6所示，一種耦合三元催化器的燃料重整裝置，包括重整器，重整器由從前往後依次相連的前端蓋1、前密封墊2、重整器殼體3、後密封墊4和後端蓋5構成，重整器殼體3的前部和後部分別設有用於安裝進燃料管6和出氣管12的連接孔，重整器殼體3的內部設有與進燃料管6相連的燃料氣化裝置7，燃料氣化裝置7由帶有肋片的管構成，燃料氣化裝置7連接有分流裝置8，分流裝置8由錐形的空腔和分流管構成，重整器殼體3的內部還設有與重整器殼體3的內壁相契合的催化裝置9，催化裝置9內設有載體管10和三元催化劑載體14，所述載體管10的內壁塗覆有用於燃料重整的催化劑，載體管10的一端與分流管相連，載體管10的另一端連接有與出氣管12相連的集氣管11。

本發明的工作原理如下：燃料由進燃料管6進入重整器的內腔空間，在燃料氣化裝置處吸熱氣化，經由分流裝置8均勻進入四個塗有重整催化劑的載體管10，使催化劑得到充分利用。另外之所以把分流裝置8做成帶有錐面形狀的空腔，目的是減小對廢氣的阻力，而且該錐形空腔可以儲存一部分氣化燃料，起到穩壓的作用，防止重整器空腔內由於重整氣流量突變帶來的氣流運動不穩定，影響重整效果。本實施例中分流管、載體管10和集氣管11均相對應地設有四個。經過重整之後得到的重整氣經由集氣管11和排氣管12組成的出氣裝置排出，經過管路引到內燃機的進氣道。圖4是整個裝置的催化裝置9的斷面圖，催化裝置9的外徑與重整器殼體3的內徑一致，載體管10內表面塗有燃料重整所需的催化劑，方形孔內表面塗有三元催化劑。該裝置裝到汽車的發動機排氣管上，注意進氣口和出氣口的安裝位置。前端蓋1是發動機廢氣入口，與發動機排氣總管一端相連，後端蓋5是發動機廢氣出口，與消聲器一端相連。前密封墊2和後密封墊4起到密封的作用，防止廢氣外洩。前密封墊2和後密封墊4均採用石棉或者銅，三元催化劑載體14採用鈦合金，其餘部件均可採用不鏽鋼製成。分流管和集氣管11上均設有用於定位的臺階13。

進一步的，本發明裝置可以用來重整甲醇、乙醇之類的醇類燃料，可以採用水蒸氣重整或者催化裂解的重整方式。燃料進入方式可以用噴油器噴射或者用泵把燃料引入重整器。

本發明並不限於上文描述的實施方式。以上對具體實施方式的描述旨在描述和說明本發明的技術方案，上述的具體實施方式僅僅是示意性的，並不是限制性的。在不脫離本發明宗旨和權利要求所保護的範圍情況下，本領域的普通技術人員在本發明的啟示下還可做出很多形式的具體變換，這些均屬於本發明的保護範圍之內。